MOSFET线性电源频域与时域分析

1、 主要内容：利用运放环路稳定性判据对MOSFET线性电源进行频域与时域工作特性分析

2、 AC：频域稳定性仿真测试

环路稳定性频域测试电路：相位裕度pm=80

具体分析与计算参考：Designing Control Loops for Linear andSwitching Power
Supplies

交流仿真设置

Aol与1/Beta的闭合速率为20dB/dec、环路相位裕度为65度：环路稳定工作

3、 Transisent：瞬态时域仿真测试

时域测试电路

瞬态仿真设置

负载为5V/1A时输出电压波形：

负载电容为1mF，输出电压纹波峰峰值大大优于1mV

第1步：负载特性测试——负载电流1A—2A—1A，测试结果如下图所示

负载特性测试电路

输出电压与负载电流波形：

负载由1A增大至2A时输出电压瞬间下降约14.3mV，恢复时间约77us;

负载由2A减小至1A时输出电压瞬间上升约17.7mV，恢复时间约26us

第2步：输入源效应测试——输入电源电压7V—6V—7V，测试结果如下图所示

输入源效应测试电路

输出电压与输入电源电压波形：输入电压上升和下降时间为10us

输入电压由7V降低为6V时输出电压瞬间下降约-10.2mV，恢复时间约47us;

输入电压由6V升高为7V时输出电压瞬间上升约12.5mV，恢复时间约21us

第3步：参考源Vref测试——参考源电压2.49V—2.5V—2.49V，测试结果如下图所示

参考源Vref测试电路

输出电压与参考源电压波形：

参考源电压由2.49V升高为2.5V时输出电压瞬间上升约60mV，恢复时间约900us;

参考源电压由2.5V下降为2.49V时输出电压瞬间下降约60mV，恢复时间约884us;

参考源上升和下降期间输出电压产生约40mV的超调

第4步：参考源Vref测试——参考源电压由1V线性增大为3V，测试结果如下图所示

Vref直流仿真设置：输入VIN=6V，负载电阻5欧姆

输出电压与参考源电压波形：输出电压最大值为5.534V

参考源电压在1V—2.776V时输出电压线性增加;

当参考源电压大于2.776V时输出电压恒定不变，此时M1饱和导通

4、 Transisent、AC：输出振荡时频域与时域联合测试——相位裕度与时域波形

频域测试电路

Aol与1/Beta的闭合速率为40dB/dec、环路相位裕度为-56度：电路振荡

时域测试电路

输出电压VOUT振荡

输出电压波形：负载电流为1A时纹波约为468mV，

大大超出稳定工作时的1mV，而且呈现逐渐增大趋势!

5、 实际测试：(待整理)

负载特性、输入源特性、参考源调节——测试波形与数据相结合，然后与仿真对比

6、 总结：

频域与时域特性一致;频域相位裕度足够时电路稳定工作，否则电路振荡!

7、 附录——关键仿真器件模型